变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究

变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究

李儒江

华能海南发电股份有限公司东方电厂海南东方572600

摘要：在磁场和电场的作用下，变压器油在变压器运行过程中容易老化和分解，大部分产生的气体溶解在变压器油中。}{52%：因此，采用适当的分析方法分析变压器油中溶解气体的类型和含量，及时处理变压器故障，对变压器的安全运行具有重要意义。本文首先介绍了变压器油中溶解气体的原理，并讨论了该方法对变压器故障诊断的方法。

关键词：变压器油；溶解气体；故障诊断

0引言

作为重要的电力转换装置，变压器在输电和变电站系统中尤为重要。变压器中的油由化学稳定的碳氢化合物组成，具有良好的绝缘和散热性能。变压器油可以通过油温，气味，颜色等直观地反映变压器的运行情况。变压器中的油会因空气湿度，空气温度和一些氧化气体的变化而发生变化，导致C-H和C-C键断裂。由此产生微量的如CO、CO2、H2、CH4、C2H6等气体。当变压器出现故障时，这些气体的存在会增加故障的程度，从而分解更多的气体。}由于不同的键能，不同的电能和热能导致不同的故障产生不同的气体。其中，氧化反应伴随着CO和CO2气体的形成，固体绝缘材料的分解伴随着CO，CO2，呋喃化合物的产生，并且同时伴随油的氧化。当变压器油中的这些气体含量变化很大时，表明变压器出现故障。

1溶解气体分析

溶解气体分析（DGA）是目前诊断变压器内部故障的主要技术手段。溶解气体分析的主要优点是它可以在变压器运行期间进行，不受外部电场和磁场的影响。此外，在设备中可以找到局部放电无法找到的一些故障（例如局部过热故障）。因此，初步对故障类型进行了表征，分析结果可作为变压器状态综合评估的重要依据。利用这种方法反映变压器的潜在故障更加灵敏，效率可以达到85％以上，再加上易于在线监测的优点。社会认为它是监测和诊断早期变压器故障和预防事故的最有效方法。因此，基于溶解气体分析的变压器状态监测和故障分析方法的研究具有重要的实际和实用价值。

在正常条件下，变压器油在热和电的作用下逐渐老化和分解，产生一些烃类气体。当变压器内部存在潜在的局部放电和局部过热故障时，气体发生速度增加。通常，分解产生的气体对于不同的故障是不同的。对于相同性质的故障，产生的气体量根据故障的程度而变化。因此，可以基于变压器油中的气体的成分和含量来判断变压器的故障和故障程度。反过来，变压器及时修复，以避免更大的损失。

2.油中溶解气体与变压器常见故障之间的关系

变压器中有三种类型的内部故障：热故障，电气故障和机械故障。机械故障通常表现为热或电故障。

2.1热故障

热失效是指由于热应力导致变压器油加速老化的现象，能量密度适中。当温度过高时，产生的特征气体主要是C2H4，其次是CH4，C2H4和CH4气体的总量占总气体的80％以上。在严重过热的情况下，除了上述两种气体外，产生的特征气体还具有C2H6和H2。伴随少量C2H2。当裸金属过热以分解周围的变压器油时，产生的气体主要是H2和碳氢化合物（CH4，C2H2）。当一部分固体绝缘材料热分解时，产生大量的CO和CO2。变压器内部故障的主要原因是：开关接触不良，抽头变换器和引线焊接不良，导线与套管之间连接传导不良，磁芯多点接地以及某些线路过热。

2.2机械故障

变压器内部被绝缘材料分解，产生大量气体。不同类型的故障，例如低能量放电（火花放电），电弧放电和局部放电。电弧放电在层间击穿中很常见，然后是断线模式，它的特点是在夹层和层间绝缘缺陷处产气量大，产生的特征气体主要是H2和C2H2，但也伴有一定量的CH4和C2H4。火花放电常发生在以下情况:铅或套管储油器排出套管导电管，其电位不固定;。导线局部接触不良或接地芯接触不良会导致放电。分接开关改变了导致放电的可能性。特征气体以C2H2和H2为主，也有一定数量的CH4、C2H6，有时还伴随有CO和CO2。由于破坏能量小，因此总烃的质量分数通常不高。油中溶解的C2H2比例可达到总烃的25％~90％，C2H4小于20％，H2占总烃气体的30％以上。火花放电的长时间发生会引起继电器产生报警反应，这种放电的主要的特点是间歇性放电。其中在有的气泡间隙、绝缘件的空穴处、金属导体附近及接地金属附近会会发生局部放电。

2.3受潮

当变压器中的水变湿时，会导致局部放电产生H2。在故障水设备中，H2占氢烃总量的很大比例，有时存在局部放电和大水的现象。特征气体与局部放电反射的特征气体非常相似，因此难以区分油中气体的分析结果。因此必须综合判断和分析应基于外部检查和其他测试结果，通过分析变压器油的溶解气体的成分和含量，可以判断变压器的故障与否和安全性能。3变压器油中溶解气体的分析与故障诊断方法通过溶解变压器油中的气体来诊断变压器内部故障的方法主要通过特征气体，气体产量，三比值法和综合分析判断来实现。

3.1特征气体

首先要测量特征气体的含量。如果H2，C2H2或总烃中的一种或多种高于指定的标准值。过热性故障的产气组分：热故障（主要是中到高过热）主要基于烃类气体中的C2H4，CH4和C2H6。随着温度的升高，C2H4的比例增加并占主要成分。如果发现CO和CO2生长更快，则不容易认为存在固体绝缘缺陷。固体绝缘的正常老化过程和在故障条件下的降解分解表现为CO和CO2含量的增加。

3.2产气速率

当一种或多种气体的产气率超过标准值时，认为变压器存在隐患，应将不同故障类型产生的特征气体结合起来进行分析。但是，该标准不适用于变压器油初始烃含量低的设备。如果怀疑变压器油中某种气体含量处于不断升高状态时，应该使用在线监测的仪器对变压器油中的不同气体的组成和含量进行在线监测，以便对于变压器故障的及时处理。

3.3三比值法

IEC三比值法是罗杰斯比率法的改进方法。通过计算C2H4/C2H6、C2H2/C2H4、和CH4/H2比值，形成对应于不同代码的三个对比度值，对应于通过统计获得的不同故障类型。使用三种比率方法时，应注意以下问题：如果油中各种气体的含量是正常的，则该比例是没有意义的。但是使用三比值法也需要一定的条件，例如，需要气体的浓度应该高于该检测方法灵敏度的10倍。

3.4综合判断

除了上述方法之外，可以组合其他方法加以辅助诊断变压器状况，例如，O2/N2的比例可以提供氧气消耗;比值，C2H2/H2可以给出有载调压污染的情况。当产生的气体溶解在变压器油中时，采用合适的方法检测变压器故障的时候应该确定溶解的气体和有力的气体处于绝对平衡状态，只有这样，才能准确分析诊断变压器故障。

3.5变压器内部故障时的诊断步骤

从变压器油样阀中提取少量变压器油样进行检测，检测内容包括需要确定是否有悬浮颗粒物的存在，是否有可见的杂质，是否有芳香气味的气体，检测是否有电弧放电现象的存在等内容。注意变压器故障的发展。在故障点产生气体速度的变化率，并确定由故障产生的能量水平，故障发生的位置和故障发生的温度。当确定变压器内部存在故障时，可以使用特征气体法对故障进行初步判断，然后采用三比值法进一步判断变压器的故障类型。

4结论

通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量，可以了解变压器的损坏程度和故障程度。根据早期的诊断和分析，对变压器的潜在故障采用相应的维护及修理方法，就能避免对变压器的故障忽视所引起的经济损失，为了促进变压器更稳定的运行，并继续持续的为国民经济的发展服务。

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